NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐÁ MẠT THẢI TỪ MỎ ĐÁ
LÀM CỐT LIỆU CHO BÊ TÔNG CÁT NCS. NGUYỄN THANH SANG
KS. TRẦN LÊ THẮNG
Bộ môn Vật liệu Xây dựng
Viện Khoa học & Công nghệ Xây dựng Giao thông
Trường Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Nghiên cứu tận dụng đá mạt thải từ các mỏ đá để làm cốt liệu cho bê tông cát
là một giải pháp làm sạch môi trường và giải phóng mặt bằng tại các mỏ khai thác đá. Bài
báo trình bày nghiên cứu thực nghiệm thay thế cát vàng bằng đá mạt Hóa an để làm cốt liệu
cho bê tông cát. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng bê tông cát sử dụng đá mạt có các tính chất
được cải thiện so với bê tông cát thông thường.
Summary: Study the crushed stone wastes from quarry to use as aggregate of sand
concrete is environmental method and land cleanracing in quarry. This article concerns
replacing coarse sand by crushed stone wastes from Hoa an quarry to use aggregate of sand
concrete. Results show that characteristics of sand concrete use creshed stone wastes have
been improved than whichs of ordinary sand concrete.

CT 2
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Các nước trên thế giới việc sử dụng đá mạt hay cốt liệu nghiền từ các cở sở sản xuất cốt
liệu hoặc nhà máy cốt liệu, để thay thế nguồn cát tự nhiên ngày càng cạn kiệt. Theo các tài liệu
[5], [6], [7], [8] đã sử dụng cát bồi, cát phong hóa từ đá, cát nghiền, bột đá thay thế một phần cát
tự nhiên dùng vữa xây và bê tông.
Với tốc độ xây dựng công trình như hiện nay, càng ngày cốt liệu cho bê tông xi măng càng
khan hiếm dần. Vùng Nam bộ đang thiếu một lượng lớn cốt liệu cho bê tông xi măng, theo tài
liệu [1] lượng cát có M

hạt bằng cách cho thêm vào trong thành phần cốt liệu các chất độn mịn là các loại bột khoáng
nghiền mịn [9]. Vật liệu chế tạo bê tông cát bao gồm:
2.1. Cốt liệu
Cát mịn có nguồn gốc từ Vĩnh Long có lượng hạt < 0.63mm chiếm 83%, độ hút nước
2.15%, hàm lượng ion Cl
-
chiếm 0.006%, hàm lượng bụi bùn sét chiếm 2%, tạp chất hữu cơ
nhạt hơn màu chuẩn.
Cát thô được lấy từ hồ Trị An, có thành phần hạt phân bố từ 0,075 đến 4,75mm, nhưng
hàm lượng hạt nhỏ hơn 0,3mm rất nhỏ, hàm lượng bụi bùn sét chiếm 1.3%, tạp chất hữu cơ
dùng phương pháp so màu: không thẫm hơn màu chuẩn. Thành phần của hỗn hợp sử dụng được
trộn theo tỷ lệ cát thô/cát mịn là 6/4 theo khối lượng.
Đá thải Hóa an sau khi phân tích thành phần có: 46% cỡ hạt từ 4,75 ÷ 9,5mm, 6,4% cỡ hạt
lọt qua sàng 75µm, và thành phần còn lại được trộn với cát mịn Vĩnh Long theo tỷ lệ là 60% đá
thải và 40% cát mịn có thành phần được ghi ra bảng sau:
CT 2
Bảng 1. Thành phần cấp phối của các loại vật liệu sử dụng
Lượng lọt sàng (%)
Đường
kính sàng
mm
Cát mịn
Vĩnh
Long
Cát thô
Trị An
Đá thải
Hóa An
(đã sàng)
Hỗn hợp cát

lượng bột trong đá thải chiếm: 6,4%*60% = 3,84 % theo khối lượng của hỗn hợp cốt liệu đây là
thành phần bột mịn trong cốt liệu của bê tông cát, tuy nhiên khi sử dụng cho bê tông cát thì
được trộn thêm với bột đá vôi để đảm bảo rằng lượng bột tối ưu như các nghiên cứu trước đây.
2.2. Xi măng
Xi măng Nghi sơn PCB40 có khối lượng riêng là 3,1g/cm
3
, có tỷ diện tích bề mặt đạt: 3690
(cm
2
/g) và có thành phần hóa học và khoáng vật ghi trong bảng 2 và bảng 3.
Bảng 2. Thành phần hóa học của xi măng Nghi Sơn PCB40
SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO SO
3
Na
2
O K
2
O CaO tự do
21.29 5.72 3.30 63.18 1.1 1.9 0.12 0.30 0.193
Bảng 3. Thành phần khoáng vật của xi măng Nghi Sơn PCB40

2
O
3
)
+ sắt ôxit (Fe
2
O
3
), min, %
70 50 94
Sunfua trioxit (SO
3
), max, % 5,0 5,0 0.1
Độ ẩm, max, % 3,0 3,0 3,0
Lượng mất khi nung, max, % 6,0 6,0 0.6
Độ kiềm chuyển đổi sang Na
2
O, max, % 1,5 1,5 0,1
Lượng sót trên sàng 45μm (N
o
325),
(phương pháp sang ướt), max, %.
34 34 34
Độ mịn của tro bay được biểu thị lượng sót tích lũy trên sàng 45μm (No 325) tính bằng %.
Chỉ tiêu này không vượt quá 34% đối với cả hai loại tro bay. Các chỉ tiêu vật lý khác của tro bay
phải phù hợp với các qui định của tiêu chuẩn ASTM C618-03. Tro bay trong nghiên cứu này
thuộc loại F có tính pozzulan không có tính dính kết. Hàm lượng tro bay có thể từ 10÷25% so

2
/kg
-
98%
0.1%
0.03%
0.02%
0.1%
>70 %
>220m
2
/kg
>90%
>65%
<0.2 %
<0.1 %
<0.15 %
<0.4 %
CT 2
2.4. Phụ gia
Phụ gia siêu dẻo được chọn là loại phụ gia đang có mặt trên thị trường Việt Nam, đó là:
Phụ gia Viscorete V-3000-10 là chất siêu dẻo gốc polyme; được dùng cho bê tông với liều
lượng 0,8 ÷ 1,5 lít cho 100 kg xi măng, chế tạo phù hợp với tiêu chuẩn ASTM loại G, có khả
năng giảm nước cao, thường được dùng trong bê tông cường độ cao và bê tông chất lượng cao
dự ứng lực, giữ độ sụt sau 90 phút, không chứa các clorua và các chất gây ăn mòn, khối lượng
thể tích 1,04÷1,07, độ pH 3,8÷5,7.
2.5. Nước
Nước dùng cho bê tông cát là nước sạch theo quy định của nước dùng cho bê tông xi măng
thường.
III. THỰC NGHIỆM

Tỷ lệ N/CKD
205
450
125
-
-
-
902
602
-
4.50
0.46
205
360
125
90/20
-
-
902
602
-
4.20
0.46
205
405
125
-
45/10
-
902

Các mẫu thử được thử nghiệm theo tuổi 7, 14, 28 ngày theo ASTM C39. Mẫu thử ở trạng
thái khô và được làm phẳng bề mặt của mẫu. Tốc độ tăng tải 5.3kN/s (tự động đặt theo máy đo
Mode 1).
3.4. Thí nghiệm cường độ chịu uốn của mẫu thử bê tông
Thử nghiệm uốn mẫu theo ASTM C78-02, mẫu dầm trạng thái uốn theo kiểu 3 điểm đặt
lực. Tốc độ tăng tải cho thí nghiệm uốn là 0,2 kN/s.
IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Các kết quả thực nghiệm các tính chất của bê tông cát với các loại chất độn mịn bột đá vôi,
tro bay và muội silic được thống kê trong bảng 7.
Bảng 7. Kết quả thí nghiệm các tính chất của bê tông cát với các loại chất độn mịn
Bê tông cát

CV CFA CSF DC
Cường độ nén 7 ngày (MPa)
Cường độ nén 14 ngày (MPa)
Cường độ nén 28 ngày (MPa)
Cường độ kéo uốn 3 ngày (MPa)
Cường độ kéo uốn 14 ngày (MPa)
Cường độ kéo uốn 28 ngày (MPa)
Độ mài mòn (g/cm
2
)
Điện lượng truyền qua (Culong)
29.05
33.65
38.73
3.76

0
10
20
30
40
50
Ngày tuổi
C ườn
g
đ
ộ
ch
ị
u nén Rn
(
M
p
a
)
CV
CFA
CSF
DC

Hình 1. Sự tăng cường độ nén theo thời gian
của các loại bê tông cát
3 7 14 28
0
1
2
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Điện lượng thấm qua (Culong)
CV CFA CSF DC
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
Độ
Mức trung bình
Mức thấp
mài mò /cm
2
)n (g
CV CFA CSF DC
Hình 3. Ảnh hưởng của các loại bột và đá mạt
đến độ mài mòn của bê tông cát
Hình 4. Mức độ thấm ion Cl- của BTC


Với thành phần nghiên cứu về bê tông cát sử dụng đá mạt, bê tông cát thông thường trên
đây. Độ mài mòn của bê tông cát sử dụng đá mạt cải thiện so với bê tông cát thông thường. Mức
độ chống thấm ion Clo của bê tông cát sử dụng đá mạt thấp hơn so với bê tông cát thông
thường. Vì vậy bê tông cát sử dụng đá mạt mở ra triển vọng chế tạo bê tông cát có độ bền cao.
Khi sử dụng thay thế một phần xi măng bằng các bột khoáng mịn hoạt tính (tro bay, muội
silic) đều làm tăng khả năng chống mài mòn, giảm khả năng thấm ion clo của bê tông cát và
tăng cường độ chịu nén, kéo uốn cho bê tông cát chỉ sử dụng bột đá vôi. Như vậy cần có nghiên
cứu xa hơn về sự kết hợp của các loại bột này trong bê tông cát để tăng độ bền cho loại bê tông
này.
Khi thay thế cát thô (vật liệu đang khan hiếm ở một số khu vực) bằng đá mạt (đá thải từ các
mỏ đá) trong thành phần của bê tông cát thì cải thiện đáng kể cường độ chịu nén, chịu kéo uốn
của bê tông cát. Cụ thể với thành phần thí nghiệm đã tiến hành của bê tông cát DC (gồm 60% đá
mạt Hóa an (Đồng nai), 40% cát mịn Vĩnh Long, tỷ lệ N/X = 0.46, lượng xi măng là 450kg) thì
cường độ chịu nén cao hơn 25% và kéo uốn cao hơn 18% so với bê tông cát sử dụng cát vàng
CV (gồm 60% cát vàng Trị An, 40% cát mịn Vĩnh Long, tỷ lệ N/X = 0.46, lượng xi măng là
450kg).
Hiện nay các mỏ khai thác đá đều thải ra một lượng khoảng 25%÷40% là đá mạt, nếu tận
dụng được nguồn đá mạt thải này thì sẽ mang lại hiệu quả về kinh tế và môi trường.

Tài liệu tham khảo
[1]. KS Nguyễn Thị Hồng, KS Tạ Khánh Hiệp (2004): Điều chỉnh quy hoạch VLXD vùng Đồng bằng
sông cửu Long, (Bà rịa Vũng Tàu, Bình Phước) đến năm 2010. Tuyển tập Các công trình NCKH công
nghệ VLXD 1999-2004, Nhà xuất bản Xây dựng 2004. trang 27.
[2]. TS Nguyễn Quang Cung (2004): Nghiên cứu sử dụng cát nghiền sử dụng cho bê tông và vữa xây dựng.
Tuyển tập Các công trình NCKH công nghệ VLXD 1999-2004, Nhà xuất bản Xây dựng 2004. trang 97.
[3]. Nguyễn Viết Trung, Đinh Công Tâm (2006): Tình hình cát dùng để sản xuất bê tông cho các dự án
giao thông trong khu vực Nam bộ. Tạp chí Cầu đường Việt Nam, Số 5. trang 39.